Pollen contamination and mating patterns in a Douglas-fir seed orchard as measured by simple sequence repeat markers

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Abstract:

Pollen contamination is detrimental to the genetic quality of seed orchard crops. Highly variable simple sequence repeat (SSR) markers make it possible to accurately measure pollen contamination and characterize patterns of within-orchard mating by directly identifying the male and female parent of each seed produced in the orchard. We used nine SSR markers to measure pollen contamination and characterize mating patterns based on seed samples collected in 3 years (1999, 2000, and 2003) from one block of a nonisolated, open-pollinated, clonal seed orchard of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) in western Oregon. Pollen contamination was consistently high across the 3 years (mean = 35.3%, range = 31.0%-41.3%) and appeared to result primarily from cross-pollination among the orchard blocks. Levels of pollen contamination varied substantially among clones and were higher in clones with early female receptivity (mean = 55.5%) than in those with either mid (mean = 36.4%) or late (mean = 28.3%) female receptivity. We detected low rates of self-pollination (mean = 1.8% per clone) and over 10-fold differences in the relative paternal contributions of the clones. There was a clear pattern of positive assortative mating with respect to floral phenology. This study illustrates that SSR markers are powerful tools for characterizing seed lots and improving the design and management of Douglas-fir seed orchards.

La contamination pollinique nuit à la qualité génétique des graines dans les vergers à graines. Des marqueurs SSR hypervariables ont permis de mesurer précisément la contamination pollinique et de caractériser les patrons de croisements à l'intérieur d'un verger en identifiant directement les parents mâle et femelle de chaque graine produite dans le verger. Les auteurs ont employé neuf marqueurs SSR pour mesurer la contamination pollinique et caractériser les patrons de croisements à partir d'échantillons de graines récoltées durant 3 années (1999, 2000 et 2003) au sein d'une répétition d'un verger à graines non confiné et à pollinisation libre de clones de douglas (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) situé dans l'ouest de l'Oregon. La contamination pollinique était constamment élevée pour les 3 années de récolte (moyenne = 35,3 %, étendue = 31,0 à 41,3 %). Elle était principalement causée par la pollinisation croisée entre les répétitions du verger. Le niveau de contamination pollinique variait de façon substantielle selon les clones, étant plus élevé chez les clones dont la réceptivité des fleurs femelles était hâtive (moyenne = 55,5 %) que chez ceux dont la réceptivité des fleurs femelles était intermédiaire (moyenne = 36,4 %) ou tardive (moyenne = 28,3 %). De faibles taux d'autopollinisation ont été détectés (moyenne = 1,8 % par clone), de même que des variations par un facteur de plus de 10 entre les contributions paternelles relatives des différents clones. Une homogamie basée sur la phénologie de la floraison était évidente. Cette étude démontre la puissance des marqueurs SSR comme outils pour caractériser des lots de semences et améliorer la conception et la gestion des vergers à graines de douglas.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2005

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